基于反步法的四旋翼无人机的稳定跟踪控制

发布时间：2022-10-19 07:55

　　四旋翼无人机是一种可进行垂直起降的旋翼式自主飞行器,它通过调整旋翼的转速来改变无人机的姿态与位置。因它具有易于操作,机身质量轻、结构小,可适合复杂飞行环境等特点,被广泛应用于环境监测,高空拍摄等多个生活领域。但由于四旋翼无人机的模型具有非线性、欠驱动、耦合严重等特点,因此对四旋翼无人机的控制要求越来越高,其控制问题引起了广大学者的关注。本文针对四旋翼无人机的稳定跟踪控制问题展开以下研究:首先,阐述四旋翼无人机控制的研究背景和意义,并对四旋翼无人机的研究现状及其控制的研究现状进行综述;基于其机体结构对四旋翼无人机的飞行控制原理进行分析,介绍本文各章的主要内容并给出结构框架。其次,针对外界干扰情形下四旋翼无人机的姿态跟踪控制问题,提出预定性能反步控制器。先利用动力学和运动学理论得到四旋翼无人机的数学模型,通过障碍Lyapunov函数解决输出误差受限问题,在反步控制框架下,结合干扰观测器设计控制器。基于Lyapunov稳定性理论证明系统的有界稳定性,并通过仿真验证所设计控制器的有效性。再次,针对外界干扰情形下四旋翼无人机的位置跟踪控制问题,提出基于干扰观测器的滑模反步控制器。由于四旋翼无人机... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 四旋翼无人机的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 四旋翼无人机控制的研究现状
    1.4 四旋翼无人机的系统描述
    1.5 论文的主要内容
第2章 基于干扰观测器的四旋翼无人机的预定性能反步跟踪控制
    2.1 坐标系与坐标变换
        2.1.1 坐标系
        2.1.2 坐标变换
    2.2 四旋翼无人机动力学模型
        2.2.1 位置动力学分析
        2.2.2 姿态动力学分析
        2.2.3 四旋翼无人机模型的转化
    2.3 控制器设计
    2.4 稳定性分析
    2.5 仿真分析
    2.6 本章小结
第3章 基于干扰观测器的四旋翼无人机的多变量滑模反步跟踪控制
    3.1 四旋翼无人机模型的转化
    3.2 控制器设计
    3.3 稳定性分析
    3.4 仿真分析
    3.5 本章小结
第4章 四旋翼无人机的自适应反步跟踪控制
    4.1 控制器设计
        4.1.1 姿态控制器设计
        4.1.2 位置控制器设计
        4.1.3 滚转角和俯仰角期望值的反解
    4.2 稳定性分析
    4.3 仿真分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于预定性能的四旋翼飞行器姿态控制[J]. 常绍平,师五喜,郭建川.  计算机仿真. 2017(07)
[2]四旋翼无人系统的容错控制算法设计与实现（英文）[J]. 张友民,余翔,王斑,刘丁.  控制工程. 2016(12)
[3]再入飞行器带有干扰观测器的有限时间控制[J]. 王芳,宗群,田栢苓,董琦.  控制理论与应用. 2016(11)
[4]Quaternion-based robust trajectory tracking control for uncertain quadrotors[J]. Tianpeng HE,Hao LIU,Shu LI.  Science China（Information Sciences）. 2016(12)
[5]四旋翼无人机SO（3）自适应控制器设计[J]. 刘锦涛,吴文海,李静,周思羽.  控制工程. 2016(08)
[6]四旋翼无人机仿真控制系统设计[J]. 江杰,冯旭光,苏建彬.  电光与控制. 2015(02)
[7]四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制[J]. 甄红涛,齐晓慧,夏明旗,苏立军.  控制工程. 2013(05)
[8]基于滑模控制的四旋翼飞行器控制器设计[J]. 李波波,贾秋玲.  电子设计工程. 2013(16)
[9]基于L1自适应方法的四旋翼飞行器纵向控制[J]. 王冬来,吕强,刘峰,王珂珂.  弹箭与制导学报. 2011(06)

博士论文
[1]四旋翼微型飞行器位姿及控制策略的研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2014

硕士论文
[1]基于预定性能的四旋翼飞行器控制方法研究[D]. 常绍平.天津工业大学 2017
[2]基于反步法的微型四旋翼无人飞行器非线性自适应控制研究[D]. 黄牧.天津大学 2009



本文编号：3692991